Termoplastik elastomer esaslı kompozitlerin elektriksel özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Son zamanlarda esnek polimerik malzemelerin elektriksel iletkenlikleri ile ilgili birçok çalışma yapılmaktadır. Bu çalışmalardan en önemlilerinden birisi de yalıtkan karakterdeki polimerlere iletken katkı maddelerinin eklenmesiyle elektriksel olarak iletken esneme yeteneğine sahip kompozitlerin elde edilmesidir. Bu çalışmada kompozit matrisi olarak termoplastik ve kauçuğa ait özellikleri birarada taşıyan termoplastik elastomer (TPE) sınıfından olan SEBS (stiren-etilen-bütilen-stiren) kopolimeri kullanılmıştır. SEBS polimerinde etilen-bütilen blokları esneklik sağlarken; stiren blokları ikincil etkileşimler ile fiziksel çapraz bağlar oluşturmakta ve bunun sonucunda sert kısımlar olarak adlandırılan bölgeleri oluşturmaktadır. Elektriksel olarak iletken kompozit yapılar elde etmek için SEBS polimerine grafit ve indirgenmiş grafen oksit gibi karbon esaslı dolgu maddeleri ilave edilmiştir. Çalışmada kullanılan grafit satın alınmış, indirgenmiş grafen oksit ise grafitten bir takım reaksiyonlar sonunda laboratuvarda elde edilmiştir. Bu amaçla proje kapsamında literatürde yaygın olarak kullanılan `Modifiye Hummers Metodu` kullanılmıştır. Bu yöntemde büyük grafit partikülleri sırasıyla güçlü asit, yükseltgen madde, indirgen kimyasallar ile muamele edilerek süzülmüş ve ardından vakum etüvde kurutulmuştur. Elde edilen indirgenmiş grafen oksitin yapısı taramalı elektron mikroskobu ve geçirmeli elektron mikroskobuyla incelenmiştir. Kompozitler üç adımda üretilmiştir. İlk adımda polimer çözgende çözülmüştür. İkinci adımda dolgu maddeleri önce çözgen ile sonra da polimer çözeltisi ile yüksek kayma hızına sahip karıştırıcı ile karıştırılmıştır. Elde edilen karışımdan çözeltiden dökme yöntemine göre filmler elde edilmiştir. Çözgenin uzaklaştırılması sonunda elde edilen kompozit malzeme sıcak pres ile ısı ve basınçla kalıplama yöntemi göre homojen film formuna sokulmuştur. Üretilen kompozit filmlerin elektriksel ve morfolojik özellikleri incelenmiş ve birbirleriyle kıyaslanmıştır.Elde edilen sonuçlara göre, bir kompozitin elektriksel iletkenliği polimer ve dolgu maddesinin türünden etkilenmektedir.

Recently, a lot of research has been carried out about electrical conductivity of flexible polymeric materials. One of the most important research is to manufacture electrically conductive flexible composites by addition of conductive fillers into the electrically insulating polymers. In this study, styrene-ethylene-butylene-styrene (SEBS) which is a member of thermoplastic elastomer (TPE) family was used as a composite matrix. In SEBS while flexibilty is obtained by ethylene- butylene block; styrenes form physical crosslinks with secondary interactions and lead to formation of rigid regions. In order to obtain conductive composite structures carbon based fillers, such as graphite and reduced graphene oxide were added into SEBS polymer. Graphite was bought; reduced graphene oxide was prepared from graphite in the laboratory as a result of some reactions. For this aim, `modified Hummers Method` was used. In this method, large graphite particles were exposed to strong acid – oxidizing agent – and reducing agent, respectively and filtered then dried in a vacuum oven. Morphology of reduced graphene oxide was investigated by scanning electron microscopy and transmisson electron microscopy. Composites were basically fabricated by three steps. In the first step, polymer was dissolved in the solvent. In the second step, fillers were mixed with the solvent that followed by addition of the polymer solution and further mixing by a high shear mixer. Films are formed by solution casting of the mixture. After evaporation of the solvent, homogeneous films were obtained by a hot press. Electrical and morphological properties of composites were investigated and composites were compared in terms of polymer and filler type. According to results, electrical conductivity and morphology of a composite is affected by polymer and filler type.